Configuración del ala

La configuración o planta alar de una aeronave de ala fija (que incluye tanto planeadores como aviones motorizados ) es la disposición de sus superficies sustentadoras y relacionadas.

Los diseños de aeronaves suelen clasificarse según la configuración de sus alas . Por ejemplo, el Supermarine Spitfire es un monoplano convencional de ala baja en voladizo, con planta elíptica recta, relación de aspecto moderada y ligero diedro.

Se han probado muchas variantes. A veces, la distinción entre ellas es difusa; por ejemplo, las alas de muchos aviones de combate modernos pueden describirse como deltas compuestos recortados con borde de salida en flecha (hacia adelante o hacia atrás), o como alas en flecha de perfil afilado con grandes extensiones en la raíz del borde de ataque (LERX). Por lo tanto, algunas se duplican aquí bajo más de un epígrafe. Esto ocurre especialmente con los tipos de alas de geometría variable y las alas combinadas (cerradas).

La mayoría de las configuraciones descritas aquí han volado (aunque solo brevemente) en aeronaves de tamaño real. También cabe destacar algunos diseños teóricos.

Nota sobre la terminología: La mayoría de las aeronaves de ala fija tienen alas izquierda y derecha dispuestas simétricamente. Estrictamente hablando, a este par de alas se le llama avión de ala o simplemente avión. Sin embargo, en ciertas situaciones es común referirse a un avión como un ala, como en «un biplano tiene dos alas», o bien referirse a la aeronave completa como un ala, como en «el ala de un biplano tiene dos planos». Cuando el significado es claro, este artículo sigue el uso común, siendo más preciso solo cuando es necesario para evitar ambigüedades o errores.

Los aviones de ala fija pueden tener diferente número de alas:

• Monoplano : avión de una sola ala. Desde la década de 1930, la mayoría de los aviones han sido monoplanos. El ala puede estar montada en varias posiciones con respecto al fuselaje :
  • Ala baja : montada cerca o debajo de la parte inferior del fuselaje.
  • Ala central : montada aproximadamente a la mitad del fuselaje.
  • Ala de hombro : montada en la parte superior o "hombro" del fuselaje, ligeramente por debajo de la parte superior del mismo. Un ala de hombro a veces se considera un subtipo de ala alta. ^{[ 1 ] [ 2 ]}
  • Ala alta : montada en la parte superior del fuselaje. En contraste con el ala de hombro, se refiere a un ala montada en una proyección (como el techo de la cabina) por encima de la parte superior del fuselaje principal.
  • Ala tipo parasol : se eleva claramente por encima de la parte superior del fuselaje, normalmente mediante puntales de cabina , pilones o pedestales.

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  Ala baja
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  Ala media
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  Ala del hombro
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  Ala alta
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  Ala de sombrilla

Un avión de ala fija puede tener más de un ala apilada una encima de otra:

• Biplano : dos alas de tamaño similar, apiladas una encima de la otra. El biplano es intrínsecamente más ligero y resistente que un monoplano y fue la configuración más común hasta la década de 1930. El primer Wright Flyer I era un biplano.
  • Biplano de envergadura desigual : un biplano en el que un ala (normalmente la inferior) es más corta que la otra, como en el Curtiss JN-4 Jenny de la Primera Guerra Mundial.
  • Sesquiplano : literalmente "un avión y medio", es un tipo de biplano en el que el ala inferior es significativamente más pequeña que el ala superior, ya sea en envergadura, cuerda o ambas. El Nieuport 17 de la Primera Guerra Mundial tuvo un éxito notable.
  • Sesquiplano invertido : tiene un ala superior significativamente más pequeña. El Fiat CR.1 se fabricó durante muchos años.
  • Biplano Busemann : una configuración teórica de alas supersónicas, en la que las ondas de choque entre los planos de las alas interfieren para reducir su energía y la resistencia de onda.

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  Biplano
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  Biplano de envergadura desigual
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  Sesquiplano
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  Sesquiplano invertido
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  Biplano de Busemann en sección transversal

• Triplano : tres aviones apilados uno encima del otro. Los triplanos, como el Fokker Dr.I, gozaron de un breve período de popularidad durante la Primera Guerra Mundial debido a su maniobrabilidad, pero pronto fueron reemplazados por biplanos mejorados.
• Cuadriplano : cuatro aviones apilados uno encima del otro. Se construyóun pequeño número de Armstrong Whitworth FK10 durante la Primera Guerra Mundial, pero nunca llegaron a entrar en servicio.
• Multiplano : muchos aviones, a veces se usa para referirse a más de uno o a más de un número arbitrario. El término se aplica ocasionalmente a configuraciones apiladas en tándem, así como verticalmente. El Multiplano de Horatio Frederick Phillips de 1907 voló con éxito con doscientos perfiles aerodinámicos. Véase también el ala en tándem, más abajo.

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  Triplano
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  Cuadruplano
• 
  Multiplano

Un diseño escalonado presenta el ala superior ligeramente adelantada con respecto a la inferior. Durante mucho tiempo se pensó que reducía la interferencia causada por la mezcla del aire de baja presión sobre el ala inferior con el aire de alta presión bajo el ala superior; sin embargo, la mejora es mínima y su principal beneficio es facilitar el acceso al fuselaje. Es común en muchos biplanos y triplanos exitosos. El diseño escalonado hacia atrás también se observa en algunos ejemplos, como el Beechcraft Staggerwing .

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  Biplano sin escalonamiento
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  Los delanteros se tambalean
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  Tambaleo hacia atrás

• Un diseño de ala en tándem tiene dos alas, una detrás de la otra: véase Planos de cola y planos delanteros más abajo. Algunos tipos antiguos tenían apilamientos en tándem de múltiples planos, como el hidroavión Caproni Ca.60 de nueve alas con tres apilamientos de triplanos en tándem.

• Un ala cruciforme es un conjunto de cuatro alas individuales dispuestas en forma de cruz . La cruz puede adoptar cualquiera de dos formas:
  • Las alas están espaciadas uniformemente alrededor de la sección transversal del fuselaje, dispuestas en dos planos perpendiculares entre sí, como en un misil típico .
  • Alas dispuestas conjuntamente en un único plano horizontal alrededor de un eje vertical, como en el ala de rotor cruciforme o ala en X.

• 
  arma alar cruciforme
• 
  Ala de rotor cruciforme o rotor de ala en X

Para sostenerse por sí misma, un ala debe ser rígida y resistente, por lo que puede resultar pesada. Al añadir refuerzos externos, el peso se puede reducir considerablemente. Originalmente, estos refuerzos siempre estaban presentes, pero generan una gran resistencia aerodinámica a altas velocidades y no se han utilizado en diseños más rápidos desde principios de la década de 1930.

Los tipos son:

• En voladizo : autoportante. Toda la estructura queda oculta bajo la piel aerodinámica, lo que le confiere un aspecto limpio y una baja resistencia al aire.
• Arriostradas : las alas están soportadas por elementos estructurales externos. Casi todos los diseños multiplano están arriostrados. Algunos monoplanos, especialmente los primeros diseños como el Fokker Eindecker , también están arriostrados para ahorrar peso. Las alas arriostradas son de dos tipos:
  • Arriostramiento con puntales : uno o más puntales rígidos ayudan a sostener el ala, como en el Fokker D.VII . Un puntal puede actuar a compresión o tensión en diferentes momentos del vuelo.
  • Arriostramiento con cables : solos (como en el Boeing P-26 Peashooter ) o, más comúnmente, además de los puntales, los cables de tensión también ayudan a sostener el ala. A diferencia de un puntal, un cable solo puede trabajar a tensión.

Un multiplano arriostrado puede tener uno o más "bahías", que son los compartimentos creados al añadir puntales interplanos; el número de bahías se refiere únicamente a un lado de los paneles del ala de la aeronave. Por ejemplo, el de Havilland Tiger Moth es un biplano de una sola bahía, mientras que el Bristol F.2 Fighter es un biplano de dos bahías. ^{[ 3 ]}

• Ala cerrada : dos planos de ala se fusionan o unen estructuralmente en o cerca de las puntas de alguna manera. ^{[ 4 ]} Esto rigidiza la estructura y puede reducir las pérdidas aerodinámicas en las puntas. Las variantes incluyen:
  • Ala en caja : los planos superior e inferior están unidos por una aleta vertical entre sus extremos. El primer avión del que se tiene constancia que despegó y voló, el Santos-Dumont 14-bis , utilizó esta configuración. También se han estudiado las alas en caja en tándem (véase la descripción de Ala unida más abajo).
  • Ala de caja anular : Un tipo de ala de caja cuyas aletas verticales se curvan de forma continua, integrándose suavemente en las puntas de las alas. Un ejemplo temprano fue el Blériot III , que presentaba dos alas anulares en tándem.
  • Anular (cilíndrica) : el ala tiene forma de cilindro. El Coléoptère tenía ala y fuselaje concéntricos. Despegaba y aterrizaba verticalmente, pero nunca logró la transición al vuelo horizontal. Se han propuesto ejemplos con el ala montada sobre el fuselaje, pero nunca se construyeron. ^{[ 5 ]}
  • Anular (planar) : el ala tiene forma de disco con un agujero en el centro. Varios monoplanos anulares Lee-Richards volaron poco antes de la Primera Guerra Mundial. ^{[ 6 ]}
  • Ala unida : una configuración de alas en tándem en la que el ala baja delantera se inclina hacia atrás y/o el ala alta trasera se inclina hacia adelante de manera que se unen en o cerca de las puntas para formar una superficie continua en forma de diamante o triángulo hueco. ^{[ 7 ]} El Ligeti Stratos es un ejemplo poco común. ^{[ 8 ]}
    • Ala romboidal : un ala unida que consta de cuatro superficies dispuestas en forma de diamante. El biplano romboidal de Edwards de 1911 tenía ambas alas en el mismo plano, pero no logró volar. ^{[ 9 ]}

Las alas también pueden caracterizarse como:

• Rígido : lo suficientemente rígido como para mantener el perfil aerodinámico en diversas condiciones de flujo de aire. Un ala rígida puede tener refuerzos externos y/o una cubierta de tela.
• Flexible :
  • La superficie puede ser flexible, generalmente una membrana delgada. Requiere refuerzos externos y/o presión del viento para mantener la forma aerodinámica . Los tipos más comunes incluyen el ala Rogallo , el parapente y la mayoría de las cometas .
  • Una estructura que de otro modo sería rígida puede diseñarse para flexionarse, ya sea porque es inherentemente aeroelástica, como en el ala aeroisoclínica , o porque se introducen activamente cambios de forma.

La planta del ala es la silueta del ala vista desde arriba o desde abajo.

Véase también la descripción de los tipos de geometría variable , que modifican la forma del ala durante el vuelo.

El ala clásica con perfil aerodinámico es inestable en cabeceo y requiere algún tipo de superficie estabilizadora horizontal. Además, no puede proporcionar un control de cabeceo significativo, por lo que requiere una superficie de control independiente (elevador) montada en otro lugar, generalmente en el estabilizador horizontal.

• Convencional : " plano de cola " es la superficie situada en la parte trasera de la aeronave, que forma parte de la cola o empenaje . No se convirtió en la convención hasta algunos años después de los hermanos Wright, siendo el Blériot VII de 1907 el primer ejemplo exitoso.
• Canard : superficie del "plano delantero" en la parte frontal de la aeronave. Común en los años pioneros, pero desde el estallido de la Primera Guerra Mundial no apareció ningún modelo de producción hasta el Saab Viggen en 1967.
• Tandem : dos o más alas principales, una detrás de la otra. Ambas proporcionan una sustentación significativa. Un ejemplo es el Rutan Quickie . Para proporcionar estabilidad longitudinal, las alas deben diferir en sus características aerodinámicas: normalmente, el ángulo de incidencia y/o los perfiles aerodinámicos elegidos difieren entre las dos alas. Las alas de cada lado pueden unirse en sus puntas para formar un ala unida (véase más arriba). ^{[ 7 ]}

• Tres superficies : ^{[ 23 ]} tanto la cola convencional como las superficies auxiliares canard. Ejemplos modernos incluyen el Sukhoi Su-33 , mientras que ejemplos pioneros incluyen el Voisin-Farman I.
• Cola exterior : dividida en dos, cada mitad montada en un brazo corto justo detrás y hacia afuera de la punta del ala. Consta de estabilizadores horizontales exteriores (OHS) y puede incluir o no estabilizadores verticales adicionales montados en el brazo (aletas). En esta posición, las superficies de la cola interactúan constructivamente con los vórtices de la punta del ala para reducir significativamente la resistencia. Se utiliza en el SpaceShipOne de Scaled Composites .
• Sin cola : no presenta superficies separadas, ni en la parte delantera ni en la trasera. Las superficies de sustentación y estabilización pueden combinarse en un solo plano, como en el Short SB.4 Sherpa, cuyas puntas de ala actuaban como alerones . Alternativamente, el perfil aerodinámico puede modificarse para proporcionar estabilidad inherente, como en el Dunne D.5 . Las aeronaves con plano de cola pero sin aleta de cola vertical también se han descrito como "sin cola".

Inclinar las alas hacia arriba o hacia abajo a lo largo de su envergadura, desde la raíz hasta la punta, puede ayudar a resolver diversos problemas de diseño, como la estabilidad y el control en vuelo.

• Diedro : las puntas son más altas que la raíz, como en el Santos-Dumont 14-bis , lo que le da una forma de 'V' poco profunda vista de frente. Aporta estabilidad lateral.
• Anhedral o catahedral : las puntas están más bajas que la base, como en el primer Wright Flyer ; lo opuesto al diedro. Se utiliza para reducir la estabilidad cuando alguna otra característica genera demasiada estabilidad.

Algunos biplanos tienen distintos grados de diedro/anhedro en sus alas. El Sopwith Camel tenía el ala superior plana y diedro en la inferior, mientras que el Hanriot HD-1 tenía diedro en el ala superior pero no en la inferior.

En un ala acodada o poliédrica , el ángulo diedro varía a lo largo de la envergadura. (Tenga en cuenta que la descripción "acotada" varía en su uso. ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} Véase también Planta de flecha acodada ).

• Ala de gaviota : diedro pronunciado en la raíz del ala, poco o ningún diedro en la sección principal, como en el caza PZL P.11 . A veces se utiliza para mejorar la visibilidad hacia adelante y hacia arriba, y puede usarse como ala superior en un biplano, como en el Polikarpov I-153 .
• Ala de gaviota invertida : diedro negativo en la raíz y diedro negativo en la sección principal. Es lo opuesto a un ala de gaviota. Puede utilizarse para reducir la longitud del tren de aterrizaje montado en las alas, permitiendo a la vez un fuselaje elevado, como en elbombardero en picado alemán Junkers Ju 87 Stuka .
• Punta inclinada o acodada : el diedro de la sección de la punta difiere del del ala principal. Las puntas pueden tener diedro hacia arriba, como en el F-4 Phantom II , o anhedral hacia abajo, como en el Northrop XP-56 Black Bullet .

• El ala de canal incluye una sección del ala que forma un conducto parcial alrededor o inmediatamente detrás de la hélice. Se ha utilizado desde 1942 únicamente en forma de prototipo, sobre todo en el avión Custer Channel Wing .

Algunos diseños no presentan una unión clara entre el ala y el fuselaje o el cuerpo. Esto puede deberse a que falta alguno de estos elementos o a que se fusionan entre sí.

• Ala volante : la aeronave no tiene un fuselaje definido ni una cola horizontal (aunque puede tener aletas, góndolas, protuberancias, etc.), como en el bombardero furtivo B-2 .
• Diseño de fuselaje integrado o ala-fuselaje integrada : se produce una transición suave entre el ala y el fuselaje, sin una línea divisoria definida. Esto reduce la superficie mojada y también puede disminuir la interferencia entre el flujo de aire sobre la raíz del ala y cualquier cuerpo adyacente, reduciendo en ambos casos la resistencia aerodinámica. El avión espía Lockheed SR-71 es un ejemplo de este enfoque.
• Cuerpo sustentador : la aeronave carece de alas identificables, pero se basa en el fuselaje (generalmente a altas velocidades o ángulos de ataque elevados) para proporcionar sustentación aerodinámica, como en el X-24 .

Algunos diseños pueden clasificarse en varias categorías según la interpretación; por ejemplo, muchos vehículos aéreos no tripulados o drones pueden considerarse como un ala-cuerpo sin cola o como un ala volante con una cuerda central profunda.

Una aeronave de geometría variable es capaz de cambiar su configuración física durante el vuelo.

Algunos tipos de aeronaves de geometría variable transitan entre configuraciones de ala fija y ala rotatoria. Para más información sobre estos híbridos, consulte el apartado de sustentación propulsada .

Las aeronaves pueden tener superficies aerodinámicas menores adicionales. Algunas de ellas se consideran parte de la configuración general del ala:

• Aleta de punta : una pequeña aleta en la punta del ala, generalmente orientada hacia arriba. Reduce el tamaño de los vórtices generados por la punta del ala y, por lo tanto, también la resistencia aerodinámica de la punta.
• Aleta : una pequeña superficie, generalmente más larga que ancha, montada en el fuselaje. Las aletas pueden ubicarse en diversas posiciones para mejorar el comportamiento aerodinámico. Las extensiones de la raíz del borde de ataque (LERX) también se conocen a veces como aletas de ala.
• Quilla : perfil de bordes afilados que recorre el fuselaje. Aerodinámicamente, se extiende hacia afuera para formar una superficie sustentadora, integrándose generalmente con el ala principal. Además de mejorar el manejo a baja velocidad (alto ángulo de ataque), proporciona sustentación adicional a altas velocidades supersónicas con un mínimo aumento de la resistencia aerodinámica. Se observa en el Lockheed SR-71 Blackbird .
• Bigote : pequeña superficie canard de gran relación de aspecto sin superficie de control móvil. Generalmente es retráctil para vuelos a alta velocidad. Desvía el aire hacia abajo, hacia la raíz del ala, para retrasar la entrada en pérdida. Se observa en el Dassault Milan .

Se pueden aplicar características menores adicionales a una superficie aerodinámica existente, como el ala principal:

Elevador alto

Los dispositivos de alta sustentación mantienen la sustentación a bajas velocidades y retrasan la entrada en pérdida para permitir velocidades de despegue y aterrizaje más lentas:

• Slat y ranura : un slat de borde de ataque es un pequeño perfil aerodinámico que se extiende delante del borde de ataque principal. El espacio transversal detrás de él forma una ranura en el borde de ataque. El aire que fluye hacia arriba a través de la ranura es desviado hacia atrás por el slat para fluir sobre el ala, lo que permite que la aeronave vuele a velocidades más bajas sin separación del flujo ni entrada en pérdida. Un slat puede ser fijo o retráctil.
• Flap : superficie aerodinámica articulada, generalmente en el borde de salida, que se gira hacia abajo para generar sustentación y resistencia adicionales. Existen variantes como flaps lisos, ranurados y divididos. Algunos, como los flaps Fowler , también se extienden hacia atrás para aumentar la superficie alar. El flap Krueger es un dispositivo de borde de ataque.
• Cuff : una extensión del borde de ataque que modifica la sección aerodinámica, normalmente para mejorar las características a baja velocidad.

Control de flujo transversal

En un ala en flecha, el aire tiende a fluir tanto lateralmente como hacia atrás, y reducir este flujo puede mejorar la eficiencia del ala:

• Deflector de ala : una placa plana que se extiende a lo largo de la cuerda del ala y una corta distancia verticalmente. Se utiliza para controlar el flujo de aire transversal sobre el ala.
• Borde de ataque en forma de diente de perro : crea una discontinuidad pronunciada en el flujo de aire sobre el ala, interrumpiendo el flujo en la envergadura. ^{[ 37 ]}
• Borde de ataque dentado : actúa como un diente de perro. ^{[ 37 ]}

Creación de vórtices

Los dispositivos de vórtice mantienen el flujo de aire a bajas velocidades y retrasan la entrada en pérdida, creando un vórtice que reactiva la capa límite cerca del ala.

• Generador de vórtices : pequeña protuberancia triangular en la superficie superior del ala delantera; generalmente, se distribuyen varias a lo largo de la envergadura del ala. Los generadores de vórtices crean resistencia adicional a todas las velocidades.
• Vortilón : una placa plana fijada a la parte inferior del ala, cerca de su borde de ataque exterior, aproximadamente paralela al flujo de aire normal. A bajas velocidades, los efectos de la punta del ala provocan un flujo local transversal que, al ser desviado por el vortilón, forma un vórtice que asciende y pasa por encima del ala.
• La extensión de la raíz del borde de ataque (LERX) genera un fuerte vórtice sobre el ala en ángulos de ataque elevados, pero a diferencia de los generadores de vórtices, también puede aumentar la sustentación en ángulos tan altos, al tiempo que crea una resistencia mínima en vuelo nivelado.

Reducción de la resistencia

• Cuerpo antichoque : una pieza aerodinámica con forma de cápsula añadida al borde de ataque o de salida de una superficie aerodinámica para retrasar la entrada en pérdida por choque y reducir la resistencia de onda transónica . A veces se le llama zanahoria de Küchemann .
• Carenados de diversos tipos, como ampollas, pilones y cápsulas en las puntas de las alas, que contienen equipos que no caben dentro del ala y cuya única finalidad aerodinámica es reducir la resistencia generada por dichos equipos.
• Redondeo , un tipo de carenado: un pequeño relleno curvo en la unión de dos superficies, como un ala y un fuselaje, que las une suavemente para reducir la resistencia aerodinámica.

• Ala § Características de diseño
• Proceso de diseño de aeronaves

• Ala alta, ala baja : artículo de Flight sobre las ventajas de la posición de las alas.